由回收的硅铝酸盐形成陶瓷制品的方法

由回收的硅铝酸盐形成陶瓷制品的方法
【专利摘要】本发明涉及形成其组成中包含高百分比的回收的硅铝酸盐的陶瓷制品的方法。制造方法包括融合形成网状网络的基料，该网状网络内部填充有熔融的添加剂组合物。基料赋予制品尺寸稳定性和坚固性，而添加剂组合物赋予制品耐水性和刚度。在本发明中，具有设计的熔融温度的添加剂粉末被加入回收的基料。加热混合物，直到回收的硅铝酸盐达到最佳融合温度。继续加热，直到添加剂开始熔融，填充融合的硅铝酸盐颗粒之间的空隙。然后迅速冷却制品以猝灭融合，而无开裂。所得制品由于融合硅铝酸盐颗粒而具有高的强度，并且由于熔融的添加剂组分填充融合的硅铝酸盐颗粒之间的全部孔而具有低吸水性和高密度。
【专利说明】由回收的硅铝酸盐形成陶瓷制品的方法
发明领域
[0001]本申请涉及形成硅铝酸盐制品的方法，并具体地涉及陶瓷制品的形成，在该制品中包括高百分比的回收的硅铝酸盐。
[0002]发明背景
[0003]煤燃烧灰分(CCA)是源自煤燃烧的副产物，包括细分的无机产物。全世界每年产生大量CCA，其主要是来自发电厂中燃烧的煤。CCA的处置已经引起渐增的困难问题，因为体积每年增加，由于该材料是轻的和尘状属性，以及因为CCA的化学组成变化限制了可接受的处置方法和场所的数量。
[0004]已经尝试找到CCA的替代经济性用途。例如，CCA已被用作波特兰水泥中的添加剂。但是，适用于混凝土的CCA部分是可用灰分总量的很少一部分。CCA废料的另一用途是作为浙青和土地开垦的填料。这些应用具有低经济价值，并且重金属浙出CCA的风险是个问题。世界需要更经济有益的CCA用途，以减少负担并获得补偿价值。一种有希望的用途是作为陶瓷制品的原料。
[0005]传统陶瓷配制和形成方法
[0006]陶瓷制品一般通过使湿粘土形成所需形状然后主动干燥而制成。有时这些形状手动形成，但更常见的是其通过机器被挤压成形。这对于陶瓷砖和其他缸瓷尤其真实。干燥的制品具有足够的尺寸稳定性和强度以经受住处理。然后在窑炉中将制品烧至1250-1350°C，以使粘土颗粒融合在一起。材料被充分加热，以使粘土颗粒熔融和融合成玻璃状物质。这个过程被称为玻璃化，并且材料必须被缓慢冷却，以避免开裂。材料的液化确保颗粒之间的孔全部消失，并且吸水性低，但这需要高温，因此具有高能量成本。
[0007]可选的陶瓷配制和方法
[0008]-素瓷烧结(bisquesintering)
[0009]形成陶瓷制品的相关方法被称为素瓷烧制。在此方法中，成形的制品被干燥以获得强度，然后干燥的制品被加热至大约其熔融温度的一半。被压紧的粉末在被加热至约其绝对熔融温度一半时开始融合。这产生“素瓷器(bisque ware)”，并且这些制品的共同特征是制品的表面积减少(制品收缩)，而烧制制品的强度增加。在素瓷器中，粘土颗粒部分地融合，而没有完全玻璃化。制品坚固，并且将不再在水中软化，但极具多孔性，并且不如其经最终烧制后坚固。该材料可在此阶段被小心处理，但是，在烧制后材料必须被冷却缓慢以避免开裂。
[0010]然后釉料被施加于制品表面，并在较高温度下被再次烧制。釉熔融并且粘附于制品表面,制品的主体组成继续烧结至材料几乎完全玻璃化的点，并形成固体陶瓷材料。釉涂层不仅增加装饰性，而且密封制品，以实现极低吸水性。图1示意性显示形成常规素瓷器的方法。该方法涉及形成具有多孔的部分融合材料，将釉施加于制品，和重新烧制以密封本体材料。
[0011]-液相烧结
[0012]涉及制备粘土制品的传统方法的另一方法是进行液相烧结，其中低熔点材料(添加剂)被引入粘土混合物。这种材料在粘土颗粒(基料颗粒)烧结温度以下的温度熔融。熔融的液相通过毛细作用将粘土颗粒拉拢在一起形成紧密堆积的排列，其最小化固体颗粒之间的空间。这种方法由系统热力学推动以减少液体的润湿面积。随着温度持续升高，紧密堆积的粘土颗粒熔融在一起，排出低熔点(现为液体)材料。关于详细内容，参见"LiquidPhase Sintering", Randall M。German, Plenum Press, 1985。这种方法需要高温，并且在加热过程中在第二组合物熔融和制品失去尺寸稳定性时具有产物变形(滑塌)的风险。通常，模具用于保持制品形状。而且，材料必须缓慢冷却以避免开裂。图2示意性显示常规液相烧结方法。可见，首先，熔融相形成液体，并使粘土颗粒汇集在一起。然后，粘土颗粒熔融以形成材料融合块，然后发生显著收缩。[0013]传统的粘土液相烧结涉及选择粘土 /添加剂组合，其中添加剂对于粘土材料具有高溶解性，但粘土材料对于添加剂具有低溶解性。以这种方式，熔融的添加剂在所述过程中是半永久性液体；其不被吸收到粘土基料中。随着温度升高和添加剂熔融，其不渗透或溶解到粘土中，反而通过用于减少液化添加剂体积的毛细管力使粘土颗粒汇集在一起。温度升高直到粘土颗粒开始融合。由于粘土颗粒通过熔融添加剂的毛细作用而紧密在一起，其略微融合(形成颗粒之间的"颈")，然后其最终完全融合在一起，挤出其间的液化添加剂。残留的任何空隙被熔融的添加剂填充。
[0014]液相烧结的局限性是制品可在熔融添加剂开始熔融时滑塌。这是因为整个粘土材料中没有结构框架在添加剂熔融的时间与粘土材料开始融合的时间之间支撑制品。此外，融合温度范围很窄，并且可被轻易超过。当这发生时，材料不融合在一起，反而完全熔融，全部形状随着材料液化而消失。另一问题是较低温度熔融的添加剂材料可脱离本体材料——如果制品不被约束在模具中。
[0015]砖形成
[0016]可应用这些方法生产的一类制品是用于地板或墙壁的陶瓷砖。其通常是有装饰或无装饰的平板，该平板装在一起以在墙壁或地板上形成图案。砖形成的传统方法涉及将粘土和其他矿物混合在一起以形成料团——该料团可通过压制或以其他方式成形而形成多种形状，然后烧制。通常，成分在球磨机中与固定量水混合。平均颗粒尺寸在球磨机中减小，并使全部成分均匀地混合。混合物作为浆液离开球磨机，该浆液被喷雾干燥以去除水和生成颗粒状材料，该颗粒状材料用于进一步处理。颗粒状材料形成自由流动的粉末，其易于运输和填充陶瓷砖压模腔中所用的模具。
[0017]陶瓷砖压模被填充这种颗粒状混合物，然后在腔中液压形成砖。干燥砖，并施加釉，用于装饰和密封砖(提供低吸水性)。上釉的表面还使得砖坚硬和提供抗磨擦的耐久性表面。一般，装饰过的砖然后进入隧道窑，其在隧道窑中被烧制，以使砖烧结和使釉熔融到表面层中。在烧制过程中，粘土和其他成分融合在一起，形成固体陶瓷材料。
[0018]一些形成陶瓷制品的方法利用煤灰分或CCA或其他废料作为原料，例如，在 GB1058615、US3679441、US5521132、US6743383、US5935885、US6566290、AU708171、W003059820 以及 CN1260336、CN1410386、CN1029308、CN101372414、CN1070177 等。
[0019]US5935885公开了由CCA和其他焚烧炉废料制成的陶瓷砖，但所用方法涉及混合物组分在1000至1500°C的温度下氧化和高温玻璃化(1250至1550°C)以使全部硅铝酸盐完全熔融，其目的是锁定重金属污染物。[0020]US6743383公开了利用包括CCA的工业废料制备陶瓷砖，但仅利用低百分比的废料。
[0021]US5521132公开了由煤灰和市政固体废料CCA制成的陶瓷材料和生产该陶瓷材料的方法，其中超过85%重量百分比的CCA被包括在陶瓷材料中并通过水不溶性反应产物结合在一起，该水不溶性反应产物通过熔融的助熔剂(molten flux)和可已经溶解到熔融助熔剂中的部分剩余CCA颗粒的组分之间的反应产生。此方法利用四硼酸钠作为添加剂，包括恰好在四硼酸钠熔点以上至约1000°C的温度下的烧制步骤。
[0022]上述方法具有若干缺陷:废料，特别是CCA，需要在较高温度下熔融，因此大幅增加能量消耗；陶瓷制品的冷却持续时间长，导致更多能量消耗；和其中一些需要使用模具。因此，需要提供这样的改进方法以形成硅铝酸盐制品如陶瓷制品:其使用较少能量、降低成本和提供具有改良性质如较高强度和较低吸水性的的陶瓷制品。
[0023]发明概述
[0024]本发明涉及利用硅铝酸盐如回收的硅铝酸盐形成制品如陶瓷制品的方法。该方法明显不同于形成陶瓷制品如液相烧结物或素瓷器的传统方法。方法利用双组分系统，其中本体相或基料是指主要组分，占制品按重量计约70%至约90%，如约80%，其进行部分融合；和次要相或添加剂材料，占制品按重量计约10%至约30%，如约20%，其进行熔融。
[0025]不用先熔融添加剂和使基料颗粒汇集在一起然后融合颗粒(如在传统液相烧结相中)或部分地融合材料，冷却，然后施加釉表面涂层和重新烧制(如在传统素瓷器中)，本发明方法先部分地烧结或融合基料与主体组成中包括的较高熔融温度的添加剂。在基料融合达到最佳水平，例如，融合基料融合至可能的基料融合总量的约50%至约85%，优选约60%至约70%后，添加剂在其设计的熔融温度下熔融，并密封由融合步骤形成的内部空隙。然后将整个制品迅速冷却，锁定材料的玻璃性和确保高刚度和低多孔性。
[0026]最佳融合点是这样的点:颗粒基本上融合在一起以使其在烧制后形成坚固结构，但处于足够低的温度，以使材料不丧失结构完整性。对于本发明而言，确定各基料如回收的硅铝酸盐的最佳融合温度(OFT)至关重要。随着融合温度增加，最终冷却制品的结构强度增加，同时制品开始收缩并且滑塌的可能性增加。为实现最终制品具有最强的结构强度和最少尺寸变化，中间融合温度——低于实验确定的制品滑塌所处的温度，但高到足以在最终冷却制品中生成最佳结构强度，应当被首先确定。如本文所用，术语“尺寸变化”意指烧制过程中的滑塌和最终制品的收缩。本发明方法避开滑塌温度并且减少最终制品的收缩量。
[0027]如本文所述，在本发明的最佳融合温度下，制品基料部分地融合，例如，优选为可能融合总量的约60%至约70%。然后添加剂在最佳融合温度以上的温度(此较高温度被称为第二温度)下熔融。然后制品迅速冷却至环境温度，而无开裂风险。所得制品具有最佳性质，如最大结构强度、最少量尺寸变化和低吸水性。添加剂的第二温度被设计以优选在最佳融合温度以上约5至约10度下熔融。在这种情况下，第二温度可以在中间融合温度左右，如上所述。
[0028]本发明提供形成包括(回收的)硅铝酸盐基料和添加剂材料的硅铝酸盐制品如陶瓷制品的方法，方法包括如下步骤:在对(回收的)硅铝酸盐样本实验确定的第一温度(最佳融合温度)——例如约1200°C至约1235°C，优选约1210°C至约1220°C，如约1215°C——下最佳地融合硅铝酸盐基料，在高于第一温度的第二温度(熔融温度)——例如约1210°C至约1255°C，优选约1215°C至约1230°C——下熔融添加剂材料，以填充基料主体的孔，和迅速冷却制品以锁定无定形结构。
[0029]在实施方式中，第二温度比第一温度高约5°C至约20°C，优选高约10°C至约15°C和优选高5°C至约10°C。
[0030]在实施方式中，制品在环境条件下冷却。
[0031]在进一步的实施方式中，制品在约4分钟至约15分钟——优选5分钟至10分钟——内迅速冷却至环境温度。
[0032]在实施方式中，所得制品的吸水性比通过传统方法生产的制品如素瓷器的吸水性低得多。
[0033]在进一步的实施方式中，所得制品的结构强度增加。
[0034]在实施方式中，制品在约12分钟至约30分钟——优选15分钟至20分钟——内被迅速烧制至最高温度。
[0035]在另一实施方式中，硅铝酸盐包括回收的硅铝酸盐。
[0036]在另一实施方式中，回收的硅铝酸盐包括煤燃烧灰分。
[0037]在另一实施方式中，第一温度是硅铝酸盐基料的最佳融合温度。
[0038]在另一实施方式中，第二温度是添加剂材料的熔融温度。
[0039]在另一实施方式中，添加剂材料包括:天然硅铝酸盐、石英、白云石、高岭土、矾土、膨润土、铝土矿、长石、或其混合`物。
[0040]在另一实施方式中，添加剂材料包括在中间温度下熔融的矿物。在此，中间温度是指添加剂材料的较高熔融温度和较低熔融温度之间的温度。
[0041]在又一实施方式中，硅铝酸盐制品包括，基于双组分混合物的总重量，按重量计约70%至约90%，如按重量计约80%的硅铝酸盐基料，和按重量计约10%至约30%如按重量计约20%的添加剂材料。
[0042]附图简述
[0043]图1示意性显示常规素瓷器方法。
[0044]图2示意性显示常规液相烧结方法。
[0045]图3示意性显示根据本发明的方法。
[0046]发明详述
[0047]本发明提供由硅铝酸盐如天然硅铝酸盐或回收的硅铝酸盐和添加剂材料生产硅铝酸盐制品如陶瓷制品的方法。基于本发明的目的，优选回收的硅铝酸盐(RAS)，其指来自煤燃烧的废料，包括飞灰、底灰、炉渣和其他燃烧废料。这些将被称为煤燃烧灰分(CCA)。此外，RAS可包括来自切割、碾磨或打磨陶瓷材料的废料。这些材料在工业中通常被称为〃熟料"。本发明可利用直接来自发电厂或供热厂的CCA，或直接来自陶瓷工厂的熟料，如RAS。
[0048]本发明方法的关键之处在于，选择和调整作为熔融添加剂(MA)组合物的添加剂材料，以使熔点恰好在RAS达到最佳融合温度(OFT)的温度以上。各RAS具有其达到最佳融合的不同温度，因此MA将需要设计的配方匹配RAS的0FT。
[0049]这是与传统方法的显著差异。在传统方法如常规液相烧结中，熔融添加剂的熔融温度不必针对所使用的各基料被特殊地设计，而其仅需在基料烧结温度以下。作为实例，如果基料在高温下例如约1250°C以上烧结，则熔融添加剂仅需在约1250°C以下的温度下完全是液体，因此添加剂先熔融，然后基料完全融合。如本领域技术人员理解，当融合温度达到足够高的温度如约1270°C时一一其可被称为熔融上限，制品中的全部基料将完全融合(即，熔融)，这将导致制品具有增加的结构强度，约8%至10%的收缩，而且这将导致开裂——如迅速冷却。相反，在本发明方法中，当RAS达到最佳融合温度如在材料开始滑塌的温度以下约10°C至约20°C时，仅部分可能的融合发生；例如，可能的融合总量中约60%至约70%发生。当包括的添加剂在设计的熔融温度下——RAS的OFT以上约5°C至20°C，优选约10°C至约15°C或5°C至约10°C——熔融时，其密封由最佳融合基料形成的内部空隙。在最佳融合材料中，收缩仅为约4%至约8%，并且无滑塌发生。平衡点在一定温度下实现，在该温度下制品形成，具有最大结构强度而最小量的尺寸变化，并且其可迅速冷却而无开裂。
[0050]为确定RAS样本的0FT，样本通过如下制备:将其尺寸设定至小于约200目，然后将25g样本置于皿中，并将其加热至足够高的温度以完全熔融(例如，约1270°C )。在随后的测试中用新鲜的材料逐步逐渐降低温度(例如，一次约5°C至约20°C)，直到材料融合成结构坚固的物体，并且收缩最小(例如约4%至约8%)。这发生时的温度就是0FT。
[0051]熔融添加剂(MA) —般由具有显著流变性质的天然存在的硅铝酸盐(NAS)组成，并且包括多种其他成分以改变MA的熔融温度。工业中已知，“显著流变性质”意为Atterberg塑性指数在25以上。在这种情况下，这种NAS的熔点显著改变，因此MA的熔融温度需要被调节以匹配RAS的最佳融合温度。为将此实现，将适当范围的矿物添加剂加入NAS以降低或升高其熔融温度。这种矿物添加剂可包括石英、白云石、高岭土、矾土、膨润土、铝土矿、长石、或其混合物。通常按需将按重量计约2%至约10% (基于添加剂材料混合物的总重量)的矿物添加剂加入NAS。例如，可加入长石以降低MA的熔融温度，而可加入石英或矾土以升高MA的熔融温度。调节加入NAS的矿物添加剂的比例使得MA熔点被设计成略微高于RAS的0FT。
[0052]烧制曲线描述
[0053]RAS和MA混合物的烧制在稳定增加的温度下进行。优选地，不同阶段可如下:
[0054]阶段1:温度#1 (约750°C，在约5min内达到)
[0055]阶段2:温度#2 (约1200°C至约1235°C，在自开始约12分钟至约30分钟内达到)
[0056]阶段3:温度#3 (温度#2以上约5°C至约20°C，在温度#2后约0.5分钟至约I分钟内达到，并保持约2分钟至约5分钟)
[0057]阶段4:温度#4 (约20°C至约25°C (即，环境温度)，尽可能快的达到)[0058]在阶段1，在温度#1下，RAS中任何残留的可燃杂质烧尽，并且挥发物逸出。这减少了由于RAS中残留金属减少而形成黑心的机会。在阶段2，温度#2是0FT，其在总共约12分钟至约30分钟内达到，此时RAS颗粒融合至最佳量，例如可能的融合总量中约50%至约85%，优选可能的融合总量中约60%至约70%。最佳融合是实现最终制品的最大结构强度和最少量尺寸变化的硅铝酸盐颗粒之间的融合量。这针对各材料实验确定。在阶段3，达到MA的熔融温度，并保持约2分钟至约5分钟，以使MA熔融和填充最佳融合RAS中的空隙。最终在阶段4，制品迅速冷却至环境温度(约20°C至约25°C，例如22°C)。冷却速率受限于烧制装置，在一些实例中，制品可在约4分钟至约15分钟一优选5分钟至10分钟内一迅速冷却至环境温度。
[0059]图3示意性显示根据本发明的方法。RAS和MA的混合物被一起压成生制品(greenarticle)，其可被处理和转移至窑炉进行烧制。如图3可见，RAS颗粒融合在一起，以固定形成的形状，然后MA熔融以填充颗粒间的空间。然后制品迅速冷却以停止融合和熔融，并锁定无定形结构。贯穿制品的熔融的MA提供实现多孔性降低和耐水性增加的制品。
[0060]在此方法中无需如传统液相烧结一样在融合过程中压缩或模铸，因为制品不被加热到足以滑塌。制品保持其原始尺寸和形状，因为OFT足够低，使得烧制过程中生制品的结构完整性无损。在OFT下，整个RAS的网状结构保持制品的形状和体积。此外，MA的熔点在略微高于RAS的最佳融合温度的温度下达到，因此在MA熔融和填充网状结构的孔时几乎不存在额外的尺寸或结构变化。
[0061]在已经实现足够热通量以使MA填充网状RAS的全部孔后，整个制品可迅速冷却。可以迅速冷却是因为RAS材料在冷却过程中不存在如传统陶瓷材料的晶体结构变化。在传统陶瓷烧制中，这种结晶相变化可对制品施压，并且如果冷却进行地不足够缓慢，则可形成裂缝。RAS不经历这种转变，因此不产生应力裂缝。
[0062]随着调节MA熔点以匹配具体的RAS样本，确定各RAS样本的最佳融合点是必要的。MA必须是贯穿网状RAS材料熔融以实 现最终制品中接近零的吸水性。如果MA的熔点过高，则制品可扭曲和滑塌。如果设定的MA熔点过低，则其将在RAS的最佳融合完成前液化，存在其将流出主体组成和/或开始起泡的风险。这些事件中的任一种均将导致制品主体中的空隙，降低强度和增加吸水性。
[0063]如本文所用，术语“最佳融合”(optimal fusing或optimally fusing)、“部分地融合” (partially fusing 或 partially fuses)和“部分的融合” (partial susing)可互换地使用，其是指基料如回收的硅铝酸盐的可能融合总量的约50%至约85%，优选约60%至约70%。这通常发生在一定温度范围内，例如，OFT以上约5至约10°C。
[0064]如本文所用，术语“完全融合”意为熔融，即，100%融合，术语“100%融合”意为全部颗粒相对于彼此完全均匀并且不存在特殊空隙的状态，术语“融合％”意为可能的基料融合总量的百分比。
[0065]如本文所用，术语“生压制制品”是指压制但未烧结的粉末压紧物。生多孔性是指烧结前的空隙空间。生密度低于液体烧结密度。由于增密是无量纲的(dimensionless)，因此其通常仅被表示为可能增密的百分比。100%增密相应于已经达到的基料理论密度的压紧物。在此方法中制备的产物的最终密度没有达到这种理论密度，因为基料未完全烧结或熔融。
[0066]在阶段I中，RAS经历预热过程，以消除材料中的可燃杂质。以这种方式，RAS样本中的任何含碳材料都可减少至小于约2%的值。可选地，RAS样本中的碳可通过任何已知的分离技术或技术组合如重力分离、静电分离和泡沫浮选等减少至小于约2%。
[0067]RAS融合后熔融MA的益处在于，RAS中挥发的碳废料具有离开材料的通道。在传统液体烧结中，MA先熔融并封闭了氧化碳废料可作为CO2逸出的全部途径。被截留的CO2可在制品中产生气泡或甚至使其裂缝或爆炸。
[0068]在此方法中，需要维持收缩至最小量，以保持设计的尺寸完整性。收缩是指线性尺寸的减少，烧结密度通过线性收缩与生密度相关。密度和收缩的测量表明制品的细微变化率。
[0069]方法比较[0070]与现有技术相比，本发明提供的方法具有能量消耗低、吸水性低、强度高和冷却时间短等优势。三种方法的比较总结在表1中。
[0071]表1.3种陶瓷制品制造方法的比较
[0072]
项目素瓷器液相烧结本发明方法
热能需要中高低
吸水性中低低 强度弱强强
模塑需要否足是
冷却时间慢慢快
[0073]如表1所示，描述三种制造方法及其特征。第一特征是方法所需的热能的量。素瓷器和本发明方法均需要较低热量，因为制品仅部分融合。但是在素瓷器形成中能量需求较高，因为制品被冷却至室温以进行装饰，然后被重新加热以熔融釉涂层。液相烧结具有最高温度需求，因为材料在过程中被完全烧结。本发明的方法具有低能量，因为基料仅被部分融合并且无需冷却/重新加热。
[0074]第二特征是最终制品的吸水性。在所有情况下，外表面的最终吸水性均低。但是在素瓷器中，制品中心仍相当具有多孔性，因此，如果釉涂层由于小孔、摩擦或裂缝而存在任何损坏，则制品将吸水。在某些情况下(如室外砖)，这可导致在不同环境条件下过早失效(premature fuilure)。在液体烧结材料和通过本发明方法制备的那些材料中，整个材料的吸水性低，因此对无瑕表面层的依赖性较少。这些制品的耐磨性也更好。
[0075]第三特征是最终制品的强度。素瓷器和本发明方法具有部分融合的基料网络，但本发明方法通过如下使网络增加强度:使其与添加剂材料互相渗透，该添加剂材料熔融和填充全部弱孔。素瓷器仅在釉所在的最外层具有这种增加的强度。液体烧结材料的坚固是由于其贯穿材料主体完全烧结的事实。
[0076]第四特征是是否需要模铸以完成制品。素瓷器和本发明方法无需模铸，因为基料从不完全熔融(其仅部分融合)，因此在制造过程中几乎没有损失尺寸强度的可能性。在液相烧结中，如上所述，存在制品滑塌和损失尺寸稳定性的风险，因为基料完全融合，因此在该过程中几乎完全熔融。通常在液体烧结制品中需要支撑结构以限制滑塌风险。
[0077]第五特征是冷却时间。对于液相烧结和素瓷器制造而言，冷却速率必须被控制以避免制品开裂和具体地防止素瓷器的釉开裂。釉裂缝可导致吸水性问题，如上所述。液体烧结制品随其冷却具有开裂风险，因为材料经加热熔融并且基料随其冷却开始结晶。如果冷却速率增加，则制品可在这些晶体面开裂。关于本发明方法，冷却速率可显著增加，节约能量。无需通过增加减缓冷却的热量来限制冷却速率。本发明方法的制品可迅速冷却，因为回收的材料已经是非结晶玻璃，并且其在冷却时不经过敏感的结晶相。
实施例
[0078]实施例1:由源自中国的煤燃烧灰分衍生的回收的硅铝酸盐(RAS)制备陶瓷制品。[0079]首先，通过至少约200目(约75微米)的筛，筛滤选择的RAS。将小样本置于耐火皿中并加热至约1260°C至约1270°C约5分钟。然后在冷却后检查其是否已经熔融。基于观察到的熔融量，将设定温度降低约5°C至约20°C，并测试新样本。将此反复，直到确定最佳融合温度(0FT)。最佳融合温度如上所述。
[0080]基于此0FT，配制熔融添加剂(MA)。添加剂混合物的一种组分优选是具有显著流变性质的天然硅铝酸盐(NAS)。工业中已知，“显著流变性质”意为Atterberg塑性指数在.25以上。不同NAS具有不同熔融温度，并且所选优选在OFT以上约5°C至约10°C熔融。可通过与影响MA熔点的其他组分混合，来调节该温度。其中一些组分降低熔融温度，如钠长石，并且其中一些升高熔融温度，如矾土。
[0081]掺合RAS和MA，并加入按重量计约8%至约10%的水以增加压制制品的未加工强度。将混合物压制约250kg/cm2至约500kg/cm2压力，并转移至窑炉以进行烧制。按照定制设计的烧制曲线升高温度，在约12分钟至约30分钟内使顶点温度达到恰好在预定OFT以下的温度，然后将其在约0.5分钟至约I分钟内升高经OFT温度升至MA熔融温度。将其保持在该温度约2分钟至约5分钟，优选约3分钟，和然后在约4分钟至约10分钟内迅速冷却至环境温度。如述，在烧制温度以下不存在结晶过渡区，并且添加剂的玻璃状基质贯穿材料增加热应力缓冲，因此制品可迅速冷却(受限于装置的允许冷却速率，例如，在本实施例的情况下，其可在约4分钟至约15分钟内冷却至环境温度)。
[0082]表2.来自主体组成包括按重量计80%的RAS，按重量计17%的NAS，按重量计3%的膨润土，和另外按重量计10%的水的砖的砖数据。
[0083]
测试参数高质量瓷砖本发明的砖
吸水度0.1%<0.025%
断裂模量N/mm265>68
耐磨度mm3147<75
[0084]在表2中，如本领域技术人员已知，术语“耐磨度”意为在摩擦后测试制品的摩损面积量(mm3)，耐磨度越低，测试制品的耐磨性越好。如表2可见，本发明的砖相对于传统产品如高质量瓷砖具有优势:吸水度明显较低，断裂模量较高和耐磨度明显较低。
【权利要求】
1.形成硅铝酸盐制品的方法，所述硅铝酸盐制品包括硅铝酸盐基料和添加剂材料，所述方法包括步骤:在第一温度下最佳地融合硅铝酸盐基料，在略微高于所述第一温度的第二温度下熔融所述添加剂材料，和冷却所述制品。
2.权利要求1所述的方法，其中所述第二温度比所述第一温度高约5°C至约20°C，优选高10°C至约151:，和优选高51:至约10°C。
3.权利要求1所述的方法，其中所述制品在环境条件下冷却。
4.权利要求1所述的方法，其中所述制品在约4分钟至约15分钟，优选5分钟至10分钟内冷却至环境温度。
5.权利要求1所述的方法，其中所述最佳融合占所述基料可能的融合总量的约50%至约85%，优选约60%至约70%。
6.权利要求1所述的方法，其中将所述制品在约12分钟至约30分钟，优选15分钟至20分钟内迅速烧制至所述第一温度。
7.权利要求1-6任一项所述的方法，其中所述硅铝酸盐包括回收的硅铝酸盐。
8.权利要求1-6任一项所述的方法，其中所述回收的硅铝酸盐包括煤燃烧废料。
9.权利要求1-6任一项所述的方法，其中所述第一温度是实现所述硅铝酸盐基料最佳融合的温度。
10.权利要求1-6任一项所述的方法，其中所述第二温度是所述添加剂材料的熔融温度。
11.权利要求1-6任一项所述的方法，其中所述添加剂材料包括天然硅铝酸盐、石英、白云石、高岭土、矾土、铝土矿、膨润土、长石或其混合物。
12.权利要求1-6任一项所述的方法，其中所述硅铝酸盐制品包括基于所述硅铝酸盐制品总重量按重量计约70%至约90%的所述硅铝酸盐基料和按重量计约10%至约30%的所述添加剂材料。
13.权利要求1-6任一项所述的方法，其中所述第一温度为约1200°C至约1235°C，优选约1210°C至约1220°C，和所述第二温度为约1210°C至约1255°C，优选约1215°C至约1230。。。
14.通过权利要求1-13任一项所述的方法生产的硅铝酸盐制品。
15.权利要求14所述的硅铝酸盐制品，其具有低的吸水性。
16.权利要求14或15所述的硅铝酸盐制品，其具有增加的结构强度。
【文档编号】C04B35/18GK103582618SQ201180070284
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2011年4月20日 优先权日:2011年4月20日
【发明者】S·卡祖 申请人:维克Ip控股公司